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Von: Dennis L.
Vielkörper-Effekt

2 + 1 ist nicht immer 3

Der Vielkörper-Effekt verhindert gezielt die normalerweise lineare Addition von Kräften.

Der Vielkörper-Effekt verhindert gezielt die normalerweise lineare Addition von Kräften.
© ich / pixelio.de

Ankara (Türkei). Wirken mehrere Kräfte auf ein Objekt ein, so addieren sich normalerweise ihre Wirkungen. Forscher haben nun einen Fall demonstriert, in welchem das nicht der Fall ist. So verhalten sich unter bestimmten Bedingungen die Wechselwirkungen dreier Partikel in einer Emulsion alles andere als linear. Und genau jetzt ergibt 2 + 1 nämlich nicht mehr 3. Wie die Forscher berichteten, sei dieser sogenannte Vielkörper-Effekt beispielsweise für die Konstruktion von Mikromaschinen innerhalb der Nanotechnologie wichtig.

Die Vermessung der Kügelchen im Casimir-Effekt konnten die Forscher durch abwechselndes Festhalten mit einer "Laser-Pinzette" durchführen.

Normalerweise ergibt 2+1 3

Es ist egal, ob in der Physik oder auch der Mathematik die einfache Rechnung 1+2 ergibt normalerweise immer 3. Diese fundamentalen physikalischen Wechselwirkungen sind von der Gravitation bis hin zum Elektromagnetismus additiv, so erklären es Giovanni Volpe und seine Kollegen an der Universität in Ankara. So ergeben auch die beiden Kräfte, welche von beispielsweise zwei elektrischen Ladungen, auch eine dritte Ladung ausgeübt werden, die Summe der beiden einzeln gemessenen Kräfte.

Teilchen werden durch ein "Gummiband" zusammengehalten

Daher sollte eigentlich auch davon ausgegangen werden, dass dieses einfache Additions-Prinzip daher auch bei den kleinsten Teilchen wirken müsste. Doch ob das tatsächlich auch der Fall ist, haben Volpe und Kollegen anhand des Casimir-Effekts ausprobiert. Der Casimir-Effekt sorgt dafür, dass sich kleine nichtlösliche Partikel unter gewissen Bedingungen in einer Flüssigkeitsmischung gegenseitig anziehen.

Ähnlich wie es bei der Van-der-Waals-Kraft, die einen Gecko an der Wand hält, der Fall ist, kommt es auch hier zu Wechselwirkungen der beiden Teilchen. Es scheint so, als seien sie mit einem unsichtbaren Gummiband verbunden und genau das ist der Casimir-Effekt. Dieser Effekt kann im Vakuum auch bei zwei parallelen Platten beobachtet werden. Sie werden einfach davon zusammengedrückt.

Glaskügelchen in einer Emulsion

Aber was passiert eigentlich, wenn drei statt nur zwei Artikel innerhalb der Flüssigkeit intereagieren? Vom Normalen ausgehend müsste sich der Casimir-Effekt nun addieren, wie das auch bei anderen Kräften zu beobachten ist. Doch genau das ist hier nicht der Fall. Für das Experiment stellten die Forscher eine Mischung aus Wasser 2,6 Lutidin her, eine Flüssigkeit, welche wie Wasser und Öl eine Emulsion bildet.

In diese Flüssigkeit wurden nun winzige Glaskügelchen gegeben, welche für die Ermittlung des Casimir-Effekts zwischen zwei und drei wirkenden Kügelchen dienten. Unter anderem gelang dieses durch den Einsatz von feinen Laserstrahlen, welche als optische Pinzetten dienten und jeweils ein Kügelchen fixierten sowie die Reaktion der anderen Kügelchen maßen. Lediglich zwei Kügelchen verhielten sich erwartungsgemäß, sodass bei einer gewissen Temperatur der Casimir-Effekt einsetzte.

Anders als gedacht

Als jedoch auch das dritte Kügelchen hinzukam, geschah nun Seltsames: Die Gesamtkraft, welche zwei Partikel auf das dritte Kügelchen ausübten, ergaben einen völlig anderen Wert, als die einzeln addierten gemessenen Kräfte der beiden Artikel zusammen. So kann nun gesagt werden, dass sich die Kräfte nicht so linear addieren, wie es die Kräfte innerhalb unseres Alltages tun.

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